對接縫超聲波定位偏差分析

饒田田 朱文亮

江南造船集團有限責任公司 上海 201913

在船體焊接對接縫檢測過程中，我們會碰到一些因為焊縫結構以及焊接材料的原因導致的非缺陷回波信號，但是由于我們使用的儀器計算回波信號的水平和深度都在焊縫范圍內，若經驗不足就會造成誤判，造成不必要的返修，會給船舶建造質量以及生產工期造成較大的影響。本論文針對幾種現場超聲檢測遇到的缺陷定位偏差的情況進行研究分析并給出可行的方法，這樣方便我們判別缺陷的真偽，保證船體焊縫的質量。

1 斜射橫波檢測普通碳鋼對接縫

1.1 定位偏差分析

在現場檢測流水線拼板自動焊對接縫時，母材厚度為22mm，檢測過程中發現整條焊縫都有缺陷回波顯示，回波信號深度為18mm左右，水平位置靠近焊縫邊緣，由于之前尚未發現該類型情況，通過抽拍一張射線片，底片上并無缺陷顯示。后經與現場生產部門溝通了解到，該鋼板對接縫焊接后未進行火工矯正，導致兩塊鋼板之間存在一定的夾角，夾角角度為7°。

如圖一所示條件下檢測流水線自動焊焊接后外觀成型較好的對接縫時，可能會遇到的結構反射波。在上圖所示情況下，由于鋼板對接縫焊接后未進行火工矯正或矯正不到位導致兩塊鋼板夾角僅僅為7°時，通過CAD模擬1：1模擬作圖可以得到，探頭所接收到的結構反射回波顯示深度為18．68mm，而母材厚度為22mm，此時如果不仔細觀察很容易造成誤判而導致無謂的返修。同樣，如果在鋼板反面進行探傷，在該種情況下會出現反射回波顯示深度約為25mm，同樣對檢測結果的評判造成困擾。

圖1 未矯正鋼板超聲波檢測CAD模擬圖

1.2 解決辦法

（1）使用耦合劑拍打反面焊趾位置，觀察儀器上的回波信號是否上下跳動，若上下跳動，則該回波信號為結構回波。（2）觀察焊縫兩側鋼板是否平行，如具有一定的夾角應進行適當的修正。（3）此類回波一般情況下回波包絡線較寬，探頭前后移動時回波下降不明顯，左右移動時整個焊縫都存在此類回波。

2 斜射縱波檢測粗晶材質對接縫

2.1 定位偏差分析

在使用縱波斜探頭檢測粗晶材料試板對接縫時，母材厚度為20mm，檢測過程中發現有回波信號，儀器上顯示深度為14mm左右，水平位置經測量處于焊縫范圍以內，而該試板底片無任何缺陷顯示，后經理論分析并CAD1：1作圖發現，該回波信號為縱波斜探頭分離出的折射橫波在焊趾處的反射回波。具體分析過程如下：

如圖2所示，當檢測20mm母材厚度的粗晶材質對接縫時，如果我們選用70°縱波雙晶斜探頭，則同時會分離出折射角為31°的折射橫波。當探頭掃查焊縫時移動到如圖所示位置時可能會收到焊趾處反射回波，此時橫波聲程約為23．5mm。由于數字機為手動輸入聲速，根據探頭發射脈沖的時間延遲和聲速乘積自動生成聲程值，而此時數字機仍采用5900mm/s的聲速計算反射回波聲程，因此數字機上顯示的聲程值為43mm。與此同時，數字機中輸入的角度為70°而不是實際的31°，根據聲程和角度數字機自動生成的深度約為14．5mm，且水平位置位于探頭放置的焊縫另一側邊緣，直接造成粗晶材質對接焊縫檢測時的誤判。具體計算過程如下：

圖2 粗晶材料超聲波檢測CAD模擬圖

縱波折射角為α，分離橫波折射角為β，母材厚度T，縱波聲程為SL，橫波聲程為SS，CL為縱波聲速，CS為橫波聲速，儀器顯示聲程為S，儀器顯示深度為H。

以上數值均為模擬計算得來，所得出的數值僅用以證明本人觀點，考慮到現場檢測時粗晶材質聲速的不均勻性及其它實際情況，實測值與上述數字應有少許偏差[1]。

2.2 解決辦法

（1）檢測前事先通過計算得出縱波斜探頭對應的斜射橫波角度，同時通過模擬找出探頭移動到特定位置時容易出現的橫波反射回波位置，與實際檢測數據進行對比分析。（2）使用耦合劑拍打反面焊趾位置，觀察儀器上的回波信號是否上下跳動，若上下跳動，則該回波信號為結構回波[2]。（3）如果不考慮焊縫強度，可以在檢測前打磨焊縫焊趾位置，有條件情況下可考慮磨平焊縫，避免出現此類回波。

3 結語

通過本文的對接縫超聲波定位偏差分析，在船舶建造超聲波檢測中，儀器上一些經過測量在焊縫范圍內的回波信號，并非缺陷的回波信號，而是一些結構回波信號。在我們現場的超聲波檢測中，一定要了解焊縫附近的結構、焊接材料的材質等關鍵因素，以免產生不必要的誤判和漏判。在實際檢測中，遇到問題時不要盲目的返修，可以通過CAD進行1：1模擬作圖分析，這樣會使得我們對檢測結果的判定提供更好的說服力[3]。通過對對接縫超聲波定位偏差進行分析，能夠保證我們船舶建造的質量，同時也能夠保證產品的生產進度。